CN113983698B - 一种电热开水器的控制方法及电热开水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电热开水器的控制方法及电热开水器，控制方法包括以下步骤：S1：智能模式下，在设定的学习时间内自动采集并统计用户平均每日的用水时段以及不同时段的用水需求；S2：判断当前用水时段电热开水器内储水量和储水温度能否满足用户该用水时段下的用水需求，若能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；若不能满足用水需求，则计算出满足用水需求所需要的储水温度和储水量；S3：结合用户的用水趋势计算满足用水需求所需要的储水温度和储水量以及达到该温度需要的加热时间，选取最佳加热温度和最佳加热时间在用户开始用水前完成加热。

Description

一种电热开水器的控制方法及电热开水器

技术领域

本发明属于电热开水器技术领域，具体涉及一种电热开水器的控制方法及电热开水器。

背景技术

随着科技的进步和人们生活水平的提高，电热开水器已经几乎成为了必备家电。传统的电热开水器，不能很好的满足用户的使用需求，如果用户用水前打开电热水器开关开始烧水，需要等待一定时间才能用水，影响用户使用体验；如果用户始终保持开关打开状态，则当电热开水器内的温度低于阈值时，就会自动加热，频繁加热一方面不利于节约用电，另一方面也会增加电热开水器的工作时长，影响其使用寿命。

公开号CN108286810B公开一种热水器及其控制方法，其中，热水器控制方法包括以下步骤：统计前面周期内每一天的每个用水时间段的用水次数，用水时间段的用水次数大于或等于第一预设次数时，该时间段为高频用水时段；用水时间段的用水次数大于或等于第二预设次数且小于第一预设次数时，该时间段为中频用水时段；用水时间段的用水次数小于第二预设次数时，该时间段为低频用水时段；获取当前用水时段；根据当前用水时段调整热水器的工作状态。本发明技术方案，热水器将用户的用水时段分为高频用水时段、中频用水时段和低频用水时段，然后根据不同的时间段的用水情况对热水器的工作状态进行调整，使得热水器可以满足用户用水的同时，降低热水器的能耗。公开号CN108286814B公开一种电热水器及其控制方法，其中，热水器控制方法包括以下步骤：接收用户的控制指令；根据控制指令设定周期内每一天中的第一加热时段；当电热水器处于第一加热时段时将水加热至第一预设温度，将一天中除第一加热时段以外的时间段设置为待机时间段。本发明技术方案，通过在第一加热时段将水加热至第一预设温度来满足用户的用水情况；通过在非加热时段将电热水器设置为待机状态，大幅降低了电热水器的功耗，从而将用水的及时性和低功耗有机的统一起来。

虽然这两种控制方法相对于传统的热水器使用方式能够起到降低功耗的作用，但是均需要对控制时间或预设温度进行人为的设定，这种方式，不够客观，很大程度上会收到预设值的影响。无法实现对加热温度和提前加热时间的精准控制。因此需要提供一种电热开水器的控制方法及电热开水器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电热开水器的控制方法及电热开水器，能够智能学习用户用水情况，并根据用户用水情况，智能控制加热时间和加热温度，合理减少电热开水器的工作时长，延长其使用寿命，同时能够最大化节约用电。

本发明提供了如下的技术方案：

一种电热开水器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：智能模式下，在设定的学习时间内自动采集并统计用户平均每日的用水时段以及不同时段的用水需求；

S2：判断当前用水时段电热开水器内储水量和储水温度能否满足用户该用水时段下的用水需求，若能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；若不能满足用水需求，则计算出满足用水需求所需要的储水温度和储水量；

S3：结合用户的用水趋势计算满足用水需求所需要的储水温度和储水量以及达到该温度需要的加热时间，选取最佳加热温度和最佳加热时间在用户开始用水前完成加热；

所述用水需求包括：最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量三种用水需求，

步骤S2包括：

S21：获取电热开水器当前储水温度和当前储水量；

S22：判断当前储水温度是否满足用户的最高用水温度，若不能满足，则跳转至步骤S25；若能满足，则根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水温度与对应的用水量，计算公式为：

式中：T_N为当前储水温度，T_H为最高用水温度，T_C为混入的冷水温度，由冷水温度传感器采集，V_Z为当前储水量，C为比热容，ρ为水的密度，Q_H为最高用水温度对应的水流量，t_H为最高用水温度对应的用水时间；K为常量，若K≤0，则不能满足，跳转至步骤S25，若K>0，则能满足，跳转至步骤S23；

S23：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的平均用水量和平均用水温度，计算公式为：

式中：T_a为平均用水温度，Q_a为平均水流量，t_a为平均用水时间,K₁为常量，若K₁≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₁>0，则能满足，跳转至步骤S24；

S24：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水量与对应的用水温度，计算公式为：

式中：T_b为最高用水量对应的用水温度，Q_b为最高用水量对应的水流量，t_b为最高用水量对应的用水时间,K₂为常量，若K₂≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₂>0，则能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；

S25：分别将最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量作为已知值，根据公式(1)、(2)、(3)在电热开水器能加热的最高温度和最大容量范围内，取出若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值。

优选的，步骤S22中，若当前储水温度-最高用水温度≥0，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度。

优选的，步骤S22中，若当前储水温度≥最高用水温度+5℃，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度。

优选的，步骤S3包括根据公式：

式中：M为水的质量；W为加热所需电能；V为体积；P为加热功率；η为热效率，Δt为温度差值；

在若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值中，选取出所需电能最少的一组温度值和水量值作为满足最近一个时段用水需求所需的最佳加热温度和最佳加热时间，记为第一用水量V₁、第一加热时间Δt₁和第一所需电量W₁。

优选的，步骤S3包括：

S31：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)分别计算出近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间并分别计算出两个时段的所需电量；

S32：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)计算出一次加热同时满足最近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间，并计算同时满足最近两个时段所需电量；

S33：结合S31和S32两种方式下加热时间处于用电高峰时段和用电低谷时段的占比，并根据占比和对应时段的电费价格标准计算所需电费，将电费最低的方式对应的加热温度和对应的加热时间作为最佳加热温度和最佳加热时间提前加热，以满足用户用水需求。

一种电热开水器，其特征在于，工作时能够执行电热开水器的控制方法，包括：

内胆，用于储水，所述内胆中设有用于加水的进水管、用于出水的出水管、用于检测内胆中储水量的液位传感器和用于给内胆中储水加热的加热器；

温度传感器，包括安装在用户用水出口处用于获取出水温度的出水温度传感器、安装在所述内胆中用于获取储水温度的内部温度传感器和安装在冷水管处用于获取冷水温度的冷水温度传感器；出水管中的热水与冷水管中的冷水经阀门混合后到达出水口供用户使用；

流量传感器，安装在出水口处，用于获取出水流量信息；

存储模块，用于存储用户用水信息、用电高峰时段和低谷时段以及对应的电费价格；

时钟模块，用于获取时间信息；

触控面板，用于切换智能模式和传统模式以及在传统模式下设置加热条件；

主控模块，用于接收触控面板的控制指令，并在智能模式下根据所述温度传感器、所述流量传感器获取的信息计算当前储水量和储水温度是否能够满足用户用水需求，并在不能满足用户用水需求的情况下选择最节能的方式控制加热器按照对应的时间开始加热或停止加热；与所述液位传感器、所述温度传感器、所述流量传感器、所述时钟模块、所述存储模块和所述触控面板电性连接；

保温层，用于延缓储水温度自然下降、减少热量损失，设在内胆外部；

外壳，用于保护电热开水器，设在保温层外部。

优选的，所述用户用水信息包括用水时间、平均用水温度、平均用水量、最高用水温度、最高用水量。

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有电热开水器控制程序，所述电热开水器控制程序被电热开水器的主控模块执行时能够实现电热开水器的控制方法。

本发明的有益效果是：

1.主动学习用户用水时段和用水需求规律，通过最高用水温度和对应的用水量、平均用水温度和平均用水量以及最高用水量和对应的用水温度三重计算判断，精准计算出最佳加热温度和最佳加热时间，根据最佳加热时间提前触发加热器开关开始加热，保证满足用户用水需求的前提下，还能够减少用电量；

2.根据用电高峰时间和用电低谷时间的电价，零活调整逐个用水时段加热或多个用水时段加热，保证减少用电量的同时，还能够降低用户的电费支出，同时有助于缓解高峰电力供需缺口问题；

3.具有传统模式和智能模式两种方式，根据不同的使用场景，切换不同的使用模式，以最大化减少电热开水器的工作时间，延长使用寿命；

4.通过安装在用户用水出口处的出水温度传感器获取出水温度、通过安装在内胆中的内部温度传感器获取储水温度、通过安装在冷水管处的冷水温度传感器获取冷水温度，通过安装在出水口处的流量传感器获取出水流量信息，多段监控，保证预测的精准度更高，更好满足用户的用水需求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例一的控制方法流程图；

图2是本发明实施例一的判断过程流程图；

图3是本发明实施例一的系统原理框图；

图4是本发明的实施例四的判断过程流程图；

图5是本发明实施例五的系统原理框图。

具体实施方式

实施例一：

如图1-图3所示，为本发明提供的一种电热开水器的控制方法，包括以下步骤：

S1：智能模式下，在设定的学习时间内自动采集并统计用户平均每日的用水时段以及不同时段的用水需求；其中用水需求包括：最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量三种用水需求；

S2：判断当前用水时段电热开水器内储水量和储水温度能否满足用户该用水时段下的用水需求，若能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；若不能满足用水需求，则计算出满足用水需求所需要的储水温度和储水量；具体的包括：

S21：获取电热开水器当前储水温度和当前储水量；

S22：判断当前储水温度是否满足用户的最高用水温度，若当前储水温度-最高用水温度≥0，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度；若不能满足，则跳转至步骤S25；若能满足，则根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水温度与对应的用水量，计算公式为：

式中：T_N为当前储水温度，T_H为最高用水温度，T_C为混入的冷水温度，由冷水温度传感器采集，V_Z为当前储水量，C为比热容，ρ为水的密度，Q_H为最高用水温度对应的水流量，t_H为最高用水温度对应的用水时间；K为常量，若K≤0，则不能满足，跳转至步骤S25，若K>0，则能满足，跳转至步骤S23；

S23：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的平均用水量和平均用水温度，计算公式为：

式中：T_a为平均用水温度，Q_a为平均水流量，t_a为平均用水时间,K₁为常量，若K₁≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₁>0，则能满足，跳转至步骤S24；

S24：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水量与对应的用水温度，计算公式为：

式中：T_b为最高用水量对应的用水温度，Q_b为最高用水量对应的水流量，t_b为最高用水量对应的用水时间,K₂为常量，若K₂≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₂>0，则能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；

S25：分别将最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量作为已知值，根据公式(1)、(2)、(3)在电热开水器能加热的最高温度和最大容量范围内，取出若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值(或者根据不同的计算方式通过计算机绘制温度与用电量关系曲线图，从图中选取最佳数值)。

S3：结合用户的用水趋势计算满足用水需求所需要的储水温度和储水量以及达到该温度需要的加热时间，选取最佳加热温度和最佳加热时间在用户开始用水前完成加热，具体包括根据公式：

式中：M为水的质量；W为加热所需电能；V为体积；P为加热功率；η为热效率，Δt为温度差值；

在若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值中，选取出所需电能最少的一组温度值和水量值作为满足最近一个时段用水需求所需的最佳加热温度和最佳加热时间，记为第一用水量V₁、第一加热时间Δt₁和第一所需电量W₁。

主要计算原理：当前电热开水器中的热水温度和体积已知，冷水温度已知，根据用户需要的热水使用量，根据公式反推出满足用户使用需求对应所需的热水体积；若当前体积和温度无法满足用水需求，先判断当前体积是否在热水器安全加热体积范围内，若在，则先计算按照当前体积需要的热水温度以及对应所需的加热时间和消耗的能量；再比较按照当前温度需要的热水体积，并计算出体积缺少差值，加入相应差值的冷水后，按照混合冷水后的实际温度，计算所需的加热到目标温度，所需的加热时间和使用的电能；比较集中电能的消耗量，以少为最佳。

一种电热开水器，工作时能够执行电热开水器的控制方法，包括：

内胆，用于储水，内胆中设有用于加水的进水管、用于出水的出水管、用于检测内胆中储水量的液位传感器和用于给内胆中储水加热的加热器；

温度传感器，包括安装在用户用水出口处用于获取出水温度的出水温度传感器、安装在内胆中用于获取储水温度的内部温度传感器和安装在冷水管处用于获取冷水温度的冷水温度传感器；出水管中的热水与冷水管中的冷水经阀门混合后到达出水口供用户使用；

流量传感器，安装在出水口处，用于获取出水流量信息；

存储模块，用于存储用户用水信息、用电高峰时段和低谷时段以及对应的电费价格；其中用户用水信息包括用水时间、平均用水温度、平均用水量、最高用水温度、最高用水量。

时钟模块，用于获取时间信息；

触控面板，用于切换智能模式和传统模式以及在传统模式下设置加热条件；

主控模块，用于接收触控面板的控制指令，并在智能模式下根据温度传感器、流量传感器获取的信息计算当前储水量和储水温度是否能够满足用户用水需求，并在不能满足用户用水需求的情况下选择最节能的方式控制加热器按照对应的时间开始加热或停止加热；与液位传感器、温度传感器、流量传感器、时钟模块、存储模块和触控面板电性连接；

保温层，用于延缓储水温度自然下降、减少热量损失，设在内胆外部；

外壳，用于保护电热开水器，设在保温层外部。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有电热开水器控制程序，电热开水器控制程序被电热开水器的主控模块执行时能够实现电热开水器的控制方法。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：

一种电热开水器的控制方法，步骤S3包括：

S31：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)分别计算出近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间并分别计算出两个时段的所需电量；

S32：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)计算出一次加热同时满足最近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间，并计算同时满足最近两个时段所需电量；

S33：结合S31和S32两种方式下加热时间处于用电高峰时段和用电低谷时段的占比，并根据占比和对应时段的电费价格标准计算所需电费，将电费最低的方式对应的加热温度和对应的加热时间作为最佳加热温度和最佳加热时间提前加热，以满足用户用水需求。

一种电热开水器，包括存储模块，存储模块中还存储有电高峰时段和低谷时段以及对应的电费价格。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于：

一种电热开水器，通过控制面板切换智能模式和传统模式。对于热水使用不频繁或应用在酒店等场所时，使用人不同，无法进行用户用水习惯的学习时，采用传统模式使用。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于：

如图4所示，一种电热开水器的控制方法，步骤S22中，若当前储水温度≥最高用水温度+5℃，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度。针对用水需求波动较大的用户，增加备用量，减少无法满足用水需求而边加热边用水的情况。

实施例五

本实施例与实施例一的区别在于：

如图5所示，一种电热开水器，还包括报警模块，报警模块与主控模块电性连接，当达到80％的用水需求时，主控模块控制报警模块发出提示音，提示用户热水量较低；当达到90％的用水需求时，则主控模块控制启动加热器开始加热，同时进水管开始缓慢加水，并通过报警模块发出加水提示音，提醒用户开始加水，避免温度突然降低，影响用户使用体验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电热开水器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：智能模式下，在设定的学习时间内自动采集并统计用户平均每日的用水时段以及不同时段的用水需求；

S2：判断当前用水时段电热开水器内储水量和储水温度能否满足用户该用水时段下的用水需求，若能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；若不能满足用水需求，则计算出满足用水需求所需要的储水温度和储水量；

S3：结合用户的用水趋势计算满足用水需求所需要的储水温度和储水量以及达到该温度需要的加热时间，选取最佳加热温度和最佳加热时间在用户开始用水前完成加热；

所述用水需求包括：最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量三种用水需求，

步骤S2包括：

S21：获取电热开水器当前储水温度和当前储水量；

S22：判断当前储水温度是否满足用户的最高用水温度，若不能满足，则跳转至步骤S25；若能满足，则根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水温度与对应的用水量，计算公式为：

式中：T_N为当前储水温度，T_H为最高用水温度，T_C为混入的冷水温度，由冷水温度传感器采集，V_Z为当前储水量，C为比热容，ρ为水的密度，Q_H为最高用水温度对应的水流量，t_H为最高用水温度对应的用水时间；K为常量，若K≤0，则不能满足，跳转至步骤S25，若K>0，则能满足，跳转至步骤S23；

S23：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的平均用水量和平均用水温度，计算公式为：

式中：T_a为平均用水温度，Q_a为平均水流量，t_a为平均用水时间,K₁为常量，若K₁≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₁>0，则能满足，跳转至步骤S24；

S24：根据当前储水温度、当前储水量计算能否满足用户的最高用水量与对应的用水温度，计算公式为：

式中：T_b为最高用水量对应的用水温度，Q_b为最高用水量对应的水流量，t_b为最高用水量对应的用水时间,K₂为常量，若K₂≤0，则不能满足，跳转至步骤S25；若K₂>0，则能满足，则判定可以保持当前的储水温度和储水量；

S25：分别将最高用水温度与对应的用水量、最高用水量与对应的用水温度以及平均用水温度与平均用水量作为已知值，根据公式(1)、(2)、(3)在电热开水器能加热的最高温度和最大容量范围内，取出若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值。

2.根据权利要求1所述的电热开水器的控制方法，其特征在于，步骤S22中，若当前储水温度-最高用水温度≥0，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度。

3.根据权利要求1所述的电热开水器的控制方法，其特征在于，步骤S22中，若当前储水温度≥最高用水温度+5℃，则判定当前储水温度能够满足最高用水温度。

4.根据权利要求1所述的电热开水器的控制方法，其特征在于，步骤S3包括根据公式：

式中：M为水的质量；W为加热所需电能；V为体积；P为加热功率；η为热效率，Δt为温度差值；

在若干组能同时满足三种用水需求的温度值和水量值中，选取出所需电能最少的一组温度值和水量值作为满足最近一个时段用水需求所需的最佳加热温度和最佳加热时间，记为第一用水量V₁、第一加热时间Δt₁和第一所需电量W₁。

5.根据权利要求4所述的电热开水器的控制方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)分别计算出近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间并分别计算出两个时段的所需电量；

S32：根据平均用水量和平均用水温度结合公式(1)、(2)、(3)、(4)计算出一次加热同时满足最近两个时段用水需求的最佳加热温度和最佳加热时间，并计算同时满足最近两个时段所需电量；

S33：结合S31和S32两种方式下加热时间处于用电高峰时段和用电低谷时段的占比，并根据占比和对应时段的电费价格标准计算所需电费，将电费最低的方式对应的加热温度和对应的加热时间作为最佳加热温度和最佳加热时间提前加热，以满足用户用水需求。

6.一种电热开水器，其特征在于，工作时能够执行权利要求1至5中任意一项所述的电热开水器的控制方法，包括：

内胆，用于储水，所述内胆中设有用于加水的进水管、用于出水的出水管、用于检测内胆中储水量的液位传感器和用于给内胆中储水加热的加热器；

温度传感器，包括安装在用户用水出口处用于获取出水温度的出水温度传感器、安装在所述内胆中用于获取储水温度的内部温度传感器和安装在冷水管处用于获取冷水温度的冷水温度传感器；出水管中的热水与冷水管中的冷水经阀门混合后到达出水口供用户使用；

流量传感器，安装在出水口处，用于获取出水流量信息；

存储模块，用于存储用户用水信息、用电高峰时段和低谷时段以及对应的电费价格；

时钟模块，用于获取时间信息；

触控面板，用于切换智能模式和传统模式以及在传统模式下设置加热条件；

主控模块，用于接收触控面板的控制指令，并在智能模式下根据所述温度传感器、所述流量传感器获取的信息计算当前储水量和储水温度是否能够满足用户用水需求，并在不能满足用户用水需求的情况下选择最节能的方式控制加热器按照对应的时间开始加热或停止加热；与所述液位传感器、所述温度传感器、所述流量传感器、所述时钟模块、所述存储模块和所述触控面板电性连接；

保温层，用于延缓储水温度自然下降、减少热量损失，设在内胆外部；

外壳，用于保护电热开水器，设在保温层外部。

7.根据权利要求6所述的电热开水器，其特征在于，所述用户用水信息包括用水时间、平均用水温度、平均用水量、最高用水温度、最高用水量。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有电热开水器控制程序，所述电热开水器控制程序被权利要求6至7中任意一项所述的电热开水器的主控模块执行时能够实现如权利要求1至5中任一项所述的电热开水器的控制方法。

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